T. Jungh, T. Glasenapp, M. Fraas, A. Schulz, H.-J. Bauer

Wirkungsgradsteigerungen in Gasturbinen können durch eine gesteigerte Effizienz der verwendeten Kühlverfahren erreicht werden. Am Institut für Thermische Strömungsmaschinen (ITS) werden deshalb experimentelle Filmkühluntersuchungen durchgeführt. Oberflächentemperaturen werden dabei mittels hochaufgelöster in-situ kalibrierter Infrarotthermografie bestimmt. Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe dreidimensionaler Temperaturfeldberechnungen lokale Wandwärmeströme zu ermitteln. Als mögliche Programme werden ABAQUS® und die Matlab® PDE-Toolbox untersucht. Die notwendige Netzfeinheit des FE-Modells wird mit einer Netzunabhängigkeitsstudie bestimmt. Aus den berechneten Wärmeströmen und Temperaturverteilungen werden mittels des Superpositionsprinzips der Filmkühlung adiabate Filmkühleffektivitäten und Wärmeübergangskoeffizienten ermittelt. Aufgrund des umfangreichen Versuchsprogramms soll die Auswertung der Versuche automatisiert ablaufen. Diese Arbeit liefert hierzu einen wichtigen Beitrag. Modelle und Auswerteroutine werden im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe von Daten aus Baldauf et al. (2001) validiert. Des Weiteren werden Messdaten aus aktuellen Untersuchungen ausgewertet und ein Vergleich mit einer Korrelation angestellt. Die Daten zeigen für einen großen Bereich sehr gute Übereinstimmung, lediglich in den Randbereichen sind Abweichungen vorhanden.

"Efficiency improvements in gas turbines can be achieved by increasing the efficiency of the cooling methods used. At the Institute for Thermal Turbomachinery (ITS), experimental investigations into film cooling are therefore being conducted. Surface temperatures are determined using high-resolution, in-situ calibrated infrared thermography. The aim of this work is to determine local wall heat fluxes using three-dimensional temperature field calculations. ABAQUS® and the Matlab® PDE toolbox are being investigated as potential software programs. The necessary mesh resolution of the FE model is determined using a mesh independence study. Adiabatic film cooling efficiencies and heat transfer coefficients are determined from the calculated heat fluxes and temperature distributions using the superposition principle of film cooling. Due to the extensive experimental program, the evaluation of the experiments is to be automated. This work makes an important contribution to this. Models and evaluation routines are validated within this work using data from Baldauf et al. (2001). Furthermore, measurement data from current investigations are evaluated and a comparison with a correlation is performed. The data show very good agreement over a large area; deviations are only found at the extremes."

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2017, München

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2017

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 11 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2017092216821

FEM, Filmkühlung

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22.09.2017